本發(fā)明涉及一種介入放射學(xué)用醫(yī)療系統(tǒng)，使得能夠在經(jīng)導(dǎo)航的手術(shù)介入期間確定部分插入患者體內(nèi)的針尖的位置。

背景技術(shù)：

在介入放射學(xué)中，介入放射學(xué)中進(jìn)行的手術(shù)介入在于將手術(shù)器械(諸如針或等效的器械)引入患者體內(nèi)。

介入放射科醫(yī)師使用成像系統(tǒng)，最可能的是計(jì)算機(jī)斷層掃描(螺旋ct或錐束ct(cbct))或磁共振成像系統(tǒng)(mri)，來(lái)查看患者的器官，并且選擇尖端的靶標(biāo)和針觸及此靶標(biāo)所遵循的軌跡。

為了幫助介入放射科醫(yī)師觸及靶標(biāo)，導(dǎo)航系統(tǒng)是必要的。這種導(dǎo)航系統(tǒng)使用基于光學(xué)技術(shù)、電磁技術(shù)、射頻技術(shù)、慣性技術(shù)、超聲技術(shù)或機(jī)械技術(shù)的跟蹤系統(tǒng)。

跟蹤系統(tǒng)的目標(biāo)是提供一個(gè)或多個(gè)跟蹤器實(shí)時(shí)的空間位置和取向。

文件wo2010/086374描述了一種用于在患者的3d醫(yī)學(xué)圖像中對(duì)外科器械(諸如針)進(jìn)行導(dǎo)航的方法。為此，該針被滑動(dòng)地布置在手術(shù)導(dǎo)向件中，而跟蹤器剛性地附接到該手術(shù)導(dǎo)向件上，并且參照標(biāo)記附接到患者身體并通過(guò)跟蹤系統(tǒng)定位。所述參照標(biāo)記可以剛性地附接到該跟蹤系統(tǒng)。由于能夠在3d醫(yī)用圖像中檢測(cè)出參照標(biāo)記，所以可以實(shí)時(shí)地確定手術(shù)導(dǎo)向件相對(duì)于3d醫(yī)學(xué)圖像的位置和取向。針是線性器械，其軸線應(yīng)與導(dǎo)向件的軸線重合。因此，即使針本身沒(méi)有被跟蹤，該系統(tǒng)也能夠確定針軸線在3d醫(yī)學(xué)圖像中的位置和取向。

然而，該系統(tǒng)不能夠確定針尖的位置。當(dāng)針滑入針導(dǎo)向件中時(shí)，僅針軸線在3d醫(yī)學(xué)圖像中的位置和取向是已知的，而針尖的位置是未知的。因此，放射科醫(yī)師無(wú)法估計(jì)針尖距靶標(biāo)有多遠(yuǎn)。

傳感器能夠放置在針尖處，但是這種布置需要非常小的傳感器，而非常小的傳感器比普通尺寸的傳感器昂貴且有時(shí)不太精確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是確定針尖在3d醫(yī)學(xué)圖像中的位置。代替將傳感器放置在針尖處，在本發(fā)明中提出使用針導(dǎo)向件，及以下事實(shí)：該針能夠滑動(dòng)到此針導(dǎo)向件中，以計(jì)算針尖的位置。

為此，本發(fā)明的目的是一種適于與導(dǎo)航系統(tǒng)偶聯(lián)的介入放射學(xué)用醫(yī)療系統(tǒng)，包括：

-針，所述針朝向靶標(biāo)插入患者體內(nèi)，所述針包括遠(yuǎn)端尖端和近端止動(dòng)件；

-針導(dǎo)向件，所述針能夠在所述導(dǎo)向件內(nèi)沿所述導(dǎo)向件的縱軸線滑動(dòng)，所述針導(dǎo)向件包括跟蹤器，所述跟蹤器用于相對(duì)于患者的3d醫(yī)學(xué)圖像對(duì)所述針導(dǎo)向件進(jìn)行導(dǎo)航；

-處理器，所述處理器配置成檢測(cè)所述針導(dǎo)向件與所述近端止動(dòng)件之間的接觸，并且配置成由所述針導(dǎo)向件與所述針的近端止動(dòng)件接觸時(shí)的所述針導(dǎo)向件的導(dǎo)航數(shù)據(jù)并由所述針的長(zhǎng)度確定所述針的遠(yuǎn)端尖端相對(duì)于所述3d醫(yī)學(xué)圖像的位置；以及

-用戶界面，所述用戶界面與所述處理器偶聯(lián)并且配置成在所述患者的至少一個(gè)圖像上顯示所述針的表象和在所述針的表象上的點(diǎn)，以表示所確定的位置中的針尖。

根據(jù)實(shí)施方式，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括信息介質(zhì)，所述信息介質(zhì)用于僅在所述針導(dǎo)向件與所述針的近端止動(dòng)件接觸時(shí)，告知用戶所顯示的點(diǎn)是所述針尖的真實(shí)表象。

根據(jù)實(shí)施方式，所述用戶界面進(jìn)一步配置成能使用戶輸入所述針的長(zhǎng)度。

根據(jù)實(shí)施方式，所述處理器配置成在所述導(dǎo)向件靠近所述患者的皮膚時(shí)記憶所述針的取向和位置，并且所述用戶界面配置成在所述患者的身體的圖像上顯示在處于所記憶的取向和位置的針的表象上表示所述針尖的點(diǎn)。

在這種情況下，記憶所述針的取向和位置的時(shí)間能夠?yàn)椋?/p>

(i)由用戶與所述用戶界面交互所給出的時(shí)間，或者

(ii)通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)所述針導(dǎo)向件沿所述針的方向朝向所述針的近端止動(dòng)件滑動(dòng)，由所述處理器計(jì)算的時(shí)間，或者

(iii)使用放置在所述針的近端部分中的傳感器，以便自動(dòng)檢測(cè)所述針導(dǎo)向件與所述針的近端止動(dòng)件接觸的時(shí)間，然后自動(dòng)檢索必須記憶所述針的取向和位置的時(shí)間，由所述處理器計(jì)算的時(shí)間。

根據(jù)實(shí)施方式，所述處理器配置成計(jì)算從與所述近端止動(dòng)件接觸的針導(dǎo)向件的位置到所記憶的所述針的取向和位置的距離，并且配置成將所述距離與給定閾值進(jìn)行比較。

如果所述距離大于所述閾值，則所述處理器可以配置成發(fā)射標(biāo)志、聲音或消息以告知用戶所顯示的針尖位置不精確。或者，所述處理器可以配置成能使所顯示的針尖從圖像中消失。

根據(jù)實(shí)施方式，所述處理器配置成使用圓弧模型，計(jì)算從靠近所述患者的皮膚的針導(dǎo)向件的位置到與所述針的止動(dòng)件接觸的針導(dǎo)向件的位置的曲線距離，并且配置成檢測(cè)在連接上述皮膚位置和上述止動(dòng)件位置的曲線上的至少一個(gè)拐點(diǎn)。

如果檢測(cè)到至少一個(gè)拐點(diǎn)，則所述處理器可以配置成發(fā)出標(biāo)志、聲音或消息以告知用戶所顯示的針尖的位置不精確?；蛘?，所述處理器可以配置成能使所顯示的針尖從圖像中消失。

根據(jù)實(shí)施方式，所述處理器配置成使用以下方法之一經(jīng)線校準(zhǔn)計(jì)算所述針的總長(zhǎng)度：

-使用尺子；

-使用指針來(lái)確定該針尖和止動(dòng)件的位置并計(jì)算該針的長(zhǎng)度；或者

-確定在導(dǎo)向件尖端處于所述針尖的水平時(shí)和在所述導(dǎo)向件的后表面接觸所述針的近端止動(dòng)件時(shí)，所述針導(dǎo)向件的相應(yīng)的虛擬位置。

有利地，所述用戶界面可以與含有多根針的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)偶聯(lián)，并且配置成能使用戶從所述多根針中選擇針。

根據(jù)實(shí)施方式，所述處理器配置成通過(guò)識(shí)別所述針導(dǎo)向件的運(yùn)動(dòng)模式，來(lái)檢測(cè)所述針導(dǎo)向件與所述近端止動(dòng)件之間的接觸。

根據(jù)實(shí)施方式，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括傳感器，所述傳感器與所述處理器偶聯(lián)并且布置在所述針的近端區(qū)域中，用于感測(cè)所述針導(dǎo)向件與所述近端止動(dòng)件之間的接觸。

上述系統(tǒng)能夠執(zhí)行以下步驟，以確定在將針插入患者體內(nèi)期間針尖在3d醫(yī)療圖像中的位置。

提供了一種針，所述針包括遠(yuǎn)端尖端和近端止動(dòng)件，所述遠(yuǎn)端尖端與所述近端止動(dòng)件之間的針的長(zhǎng)度是已知的。

提供了一種包括跟蹤器的針導(dǎo)向件，所述針導(dǎo)向件能夠在3d醫(yī)學(xué)圖像中對(duì)跟蹤器進(jìn)行導(dǎo)航。所述針能夠在針導(dǎo)向件內(nèi)滑動(dòng)。

一旦針已經(jīng)至少部分地插入患者體內(nèi)，則用戶能夠通過(guò)以下方式確定遠(yuǎn)端尖端的位置：

-通過(guò)定位所述針導(dǎo)向件來(lái)確定所述針的插入方向；

-使所述針導(dǎo)向件沿所述針朝近端方向滑動(dòng)，直到與所述針止動(dòng)件接觸；

-基于已知的針長(zhǎng)度，確定所述遠(yuǎn)端尖端在插入方向上的位置，

-在所述患者的至少一個(gè)圖像上顯示所述針的表象和在所述針的表象上的點(diǎn)，以便表示處于所確定的位置上的針尖。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，其中：

圖1示出了本發(fā)明的一般原理；

圖2示出了根據(jù)實(shí)施方式的本發(fā)明的連續(xù)步驟，其中，在確定針尖位置的過(guò)程中記憶針的位置；

圖3a和圖3b示出了兩種情況，其中，用戶被告知沒(méi)有精確地顯示針尖的位置；

圖4示意性地示出了多根針的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)(左)和僅含有與用戶使用的針有關(guān)的數(shù)據(jù)的個(gè)性化數(shù)據(jù)庫(kù)(右)；

圖5示出了校準(zhǔn)針長(zhǎng)度的不同實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明通過(guò)包括計(jì)算機(jī)和與該計(jì)算機(jī)偶聯(lián)的屏幕的手術(shù)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)向用戶顯示導(dǎo)航數(shù)據(jù)。該計(jì)算機(jī)與導(dǎo)航系統(tǒng)偶聯(lián)以接收導(dǎo)航數(shù)據(jù)。該計(jì)算機(jī)包括處理器，該處理器配置成運(yùn)行軟件以執(zhí)行上述方法。該系統(tǒng)包括用戶界面，該用戶界面可以是計(jì)算機(jī)和任何類型的顯示監(jiān)視器(例如常規(guī)監(jiān)視器、附接到導(dǎo)向件的小屏幕、虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡)。

圖1示出了本發(fā)明的一般原理。

該圖的左側(cè)部分示出了由皮膚s界定的且包括在介入期間將觸及的靶標(biāo)t的患者身體的體積v。

例如通過(guò)ct、cbct或mr成像，提供該體積的3d醫(yī)學(xué)圖像。

在介入期間，用戶(例如介入放射科醫(yī)師)使用針1，該針被滑動(dòng)地布置在針導(dǎo)向件2中。

該針導(dǎo)向件配備有跟蹤器5，該跟蹤器通過(guò)跟蹤系統(tǒng)定位位置和取向。該跟蹤系統(tǒng)能夠使用任何合適的手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)，諸如電磁技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、超聲技術(shù)、機(jī)械技術(shù)或慣性技術(shù)。

參照標(biāo)記(未示出)附接到患者身體并且配置成在3d醫(yī)學(xué)圖像上可見(jiàn)。通過(guò)該跟蹤系統(tǒng)也知曉該參照標(biāo)記的位置和取向，能夠相對(duì)于3d醫(yī)學(xué)圖像對(duì)該針導(dǎo)向件進(jìn)行導(dǎo)航。

因此，沒(méi)有直接對(duì)針1進(jìn)行導(dǎo)航，而是通過(guò)針導(dǎo)向件2進(jìn)行導(dǎo)航。由于針只能沿一個(gè)方向在針導(dǎo)向件中滑動(dòng)，所以針導(dǎo)向件的導(dǎo)航能夠知曉插入點(diǎn)(即，在導(dǎo)向件靠近或者觸及針插入的患者皮膚時(shí)，導(dǎo)向件尖端21的點(diǎn))和針相對(duì)于3d醫(yī)學(xué)圖像的插入方向。

導(dǎo)向件2有利地呈現(xiàn)了用于接觸患者皮膚或靠近皮膚的尖端21。在導(dǎo)向件2盡可能地靠近患者時(shí)，即，在尖端21靠近或接觸皮膚s時(shí)，獲得精度最大的導(dǎo)航。導(dǎo)向件2還呈現(xiàn)了在針的插入方向上與尖端21相反的后表面22。導(dǎo)向件2具有在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中或通過(guò)校準(zhǔn)能夠獲得的已知幾何形狀，使得在附接到導(dǎo)向件上的跟蹤器5的坐標(biāo)系中，尖端21和后表面22具有已知坐標(biāo)。后表面22能夠非常小并且近似為一點(diǎn)。

導(dǎo)向件可以由用戶或遠(yuǎn)程操作的機(jī)器人操縱。

針1包括：遠(yuǎn)端尖端10，用于觸及靶標(biāo)以遞送預(yù)期治療；和增大的近端部分11。特別地，該近端部分11包括止動(dòng)件110，該止動(dòng)件限制了針導(dǎo)向件2相對(duì)于針1朝近端方向的滑動(dòng)。在本文中，“針的長(zhǎng)度”是指遠(yuǎn)端尖端10與近端止動(dòng)件110之間的距離。在本文中，術(shù)語(yǔ)“近端”指定了針的距離針尖最遠(yuǎn)的一部分，而術(shù)語(yǔ)“遠(yuǎn)端”指定了針的距離針尖最近的一部分。

在圖1的左側(cè)部分中，表示在兩個(gè)不同位置的針導(dǎo)向件2：

-第一位置(以實(shí)線表示)，其中，針導(dǎo)向件2的尖端21靠近皮膚s，此位置(也稱為“皮膚位置”)被認(rèn)為是提供精度最佳的導(dǎo)航；

-第二位置(也稱為“止動(dòng)位置”)(以虛線表示)，其中，針導(dǎo)向件2在其后表面22處接觸針的止動(dòng)件110。

在本文中，“靠近皮膚”是指針導(dǎo)向件與皮膚之間的距離小于針導(dǎo)向件與針的近端止動(dòng)件之間的距離。為了提供精度最佳的導(dǎo)航，此距離應(yīng)盡可能小，即，針導(dǎo)向件與皮膚接觸或者在距離患者皮膚小于10mm處。

雙箭頭示出了針導(dǎo)向件2相對(duì)于針1的滑動(dòng)方向。

當(dāng)針導(dǎo)向件2處于第一位置時(shí)，針尖10的位置是未知的，因?yàn)閷?dǎo)航僅能夠確定針在皮膚上的插入點(diǎn)的位置和針的插入方向，而針的插入方向?qū)?yīng)于針導(dǎo)向件的軸線。

在已將針部分地插入患者體內(nèi)之后，用戶想知道針尖到靶標(biāo)的距離。為了確定針尖的位置，用戶在近端方向上滑動(dòng)針導(dǎo)向件2而不移動(dòng)針1，直到接觸止動(dòng)件110。這樣，通過(guò)跟蹤系統(tǒng)對(duì)與針導(dǎo)向件2接觸的止動(dòng)件110進(jìn)行定位。

如果針長(zhǎng)度已知，則能確定針尖10為到止動(dòng)件110的距離等于所述長(zhǎng)度的點(diǎn)。

為此，在有利實(shí)施方式中，該系統(tǒng)可以包括用戶界面，該用戶界面配置成能使用戶輸入針的長(zhǎng)度。

例如，該系統(tǒng)能夠與數(shù)據(jù)庫(kù)偶聯(lián)，該數(shù)據(jù)庫(kù)含有多根市售針的數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)可以特別包括每根針的長(zhǎng)度、直徑、參考值(reference)、制造商等。

圖4(左側(cè))示出了這種全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)施方式。

可選地，如圖4的右側(cè)部分所示，該系統(tǒng)能夠與個(gè)性化數(shù)據(jù)庫(kù)偶聯(lián)，該個(gè)性化數(shù)據(jù)庫(kù)僅含有與用戶使用的針有關(guān)的數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)庫(kù)能被用戶創(chuàng)建作為在上述全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的選擇。因此，用戶界面僅顯示了可由用戶選擇的有限的針的列表。

用戶界面還被配置成向用戶提供信息。

此信息包括患者身體的至少一個(gè)圖像i，該至少一個(gè)圖像是3d醫(yī)學(xué)圖像的切片，在其上顯示出針1的表象(在圖1的右側(cè)部分中以虛線表示)以及識(shí)別其位置已經(jīng)如上所述確定的針尖10的點(diǎn)(圖示為深色圓點(diǎn))。另外，該圖像也能夠是3d醫(yī)學(xué)圖像本身或在3d圖像上分割后的結(jié)構(gòu)的任何表象。針尖能由許多可能的圖標(biāo)表示，諸如深色圓點(diǎn)、圓圈、十字線或部分十字線。

該系統(tǒng)還能夠向用戶提供關(guān)于以下事實(shí)的信息：

(i)在針導(dǎo)向件盡可能靠近患者皮膚時(shí)，獲得精度最佳的導(dǎo)航；

(ii)僅在針導(dǎo)向件與針尖接觸時(shí)，告知用戶所顯示的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于針尖的真實(shí)表象，否則此表象不正確。

此信息能夠使用各種介質(zhì)向用戶進(jìn)行提供。例如，介質(zhì)信息能夠是用戶手冊(cè)，或者具有消息、標(biāo)志、顏色(例如，綠色意味著正確，紅色意味著不正確)，或任何特定圖標(biāo)的上述用戶界面。

有利地，該系統(tǒng)能夠在確定針尖位置的過(guò)程中記憶針導(dǎo)向件的位置和取向。必須記憶針導(dǎo)向件的位置和取向的時(shí)間能夠通過(guò)用戶與用戶界面交互進(jìn)行確定。通常，用戶需要按下虛擬或?qū)嶋H的按鈕或腳踏開(kāi)關(guān)來(lái)觸發(fā)任意事件，諸如記憶針導(dǎo)向件的位置和取向。

此時(shí)間也能夠由處理器，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)針導(dǎo)向件沿針的方向朝向針的近端止動(dòng)件滑動(dòng)、分析針導(dǎo)向件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行確定。實(shí)際上，用戶已將針尖的一部分插入患者體內(nèi)并保持針導(dǎo)向件靠近皮膚。當(dāng)他想要看到針尖的位置時(shí)，他沿針軸線滑動(dòng)針導(dǎo)向件，直到觸及近端部分中的止動(dòng)件，使得針導(dǎo)向件的直線運(yùn)動(dòng)停止。處理器通過(guò)使用針導(dǎo)向件的某些過(guò)去位置和取向的緩存，來(lái)自動(dòng)檢測(cè)用戶想要查看針尖的位置。處理器在緩存中記錄的位置和取向的組中，識(shí)別與線段及隨后的靜止點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)模式，并且這種運(yùn)動(dòng)沒(méi)有顯著的旋轉(zhuǎn)分量，該線段表示針導(dǎo)向件尖端點(diǎn)和軸線沿針軸線的滑動(dòng)，而該靜止點(diǎn)表示在針導(dǎo)向件與針止動(dòng)件接觸時(shí)的步驟。如果處理器檢測(cè)到這種模式，則緩存能夠回溯計(jì)算在針導(dǎo)向件靠近患者皮膚時(shí)針導(dǎo)向件的位置和取向(即，待記憶的第一位置和取向)，由于線段的第一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于此位置。檢測(cè)這種運(yùn)動(dòng)模式的算法可以如下所示。在任何時(shí)間t，記錄位置p-t，并且分析例如含有二十秒測(cè)量的過(guò)去緩存。然后，應(yīng)用以下步驟：

(a)檢查位置p-t在給定閾值內(nèi)是否穩(wěn)定。如果沒(méi)有，則迭代到下一個(gè)點(diǎn)，否則繼續(xù)。

(b)分析p-t的過(guò)去緩存。檢查它是否含有原點(diǎn)的線性運(yùn)動(dòng)。線性運(yùn)動(dòng)被定義為一組點(diǎn)，這一組點(diǎn)構(gòu)成平均的線段，而所有點(diǎn)在任意閾值(諸如兩毫米或五毫米)內(nèi)都靠近平均線，并且在高于另一任意閾值(諸如兩厘米或三厘米)時(shí)具有最小伸長(zhǎng)率。如果沒(méi)有，迭代到下一個(gè)點(diǎn)，否則繼續(xù)。

(c)檢查針導(dǎo)向件的位置沿所檢測(cè)的線段的旋轉(zhuǎn)分量的幅度是否低于任意閾值，諸如五度或十度。如果沒(méi)有，迭代到下一個(gè)點(diǎn)，否則繼續(xù)。

(d)計(jì)算第一位置pos1和第二位置pos2，第一位置對(duì)應(yīng)于線段的起點(diǎn)，而第二位置對(duì)應(yīng)于線段的終點(diǎn)，這些位置按時(shí)間排序。

(e)使用pos1來(lái)顯示針軸線在圖像上的取向。

(f)使用pos2來(lái)計(jì)算針長(zhǎng)度，并使用pos1的方向并用通過(guò)pos1原點(diǎn)的線在所述圖像上顯示相應(yīng)的針尖。

最后，傳感器也可以放置在針的近端部分中，以便自動(dòng)檢測(cè)針導(dǎo)向件與針的近端止動(dòng)件接觸的時(shí)間，然后自動(dòng)檢索必須記憶針的取向和位置的時(shí)間。這種傳感器例如能夠是接觸傳感器、力傳感器或壓力傳感器。傳感器與處理器偶聯(lián)，以向處理器傳送由傳感器獲取的數(shù)據(jù)。

也可將接觸傳感器替換成能夠觸發(fā)事件的針導(dǎo)向件的特定運(yùn)動(dòng)模式。在優(yōu)選實(shí)施方式中，用戶應(yīng)用特定運(yùn)動(dòng)模式，以向處理器指示針導(dǎo)向件與針止動(dòng)件接觸。在優(yōu)選實(shí)施方式中，運(yùn)動(dòng)模式是針導(dǎo)向件繞著針軸線的順時(shí)針和逆時(shí)針的小幅旋轉(zhuǎn)。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，運(yùn)動(dòng)模式是針導(dǎo)向件沿軸線向前和向后運(yùn)動(dòng)一次或多次。因?yàn)檫@些運(yùn)動(dòng)模式是獨(dú)特的且在標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中是非常不可能存在的，所以能夠安全地使用這些運(yùn)動(dòng)模式，以通過(guò)使用本發(fā)明中提出的算法和方法來(lái)觸發(fā)針尖的顯示。請(qǐng)注意，從皮膚到針止動(dòng)件完整地向前和向后運(yùn)動(dòng)一次或多次也能夠用于指示軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)。

參照?qǐng)D2(左側(cè)部分)，在導(dǎo)向件2的尖端21靠近皮膚s時(shí)，所述系統(tǒng)記憶針1的取向。在此階段，針尖10相對(duì)于靶標(biāo)t的位置是未知的。

然后，如圖2的中間部分所示，導(dǎo)向件2沿針1朝近端方向滑動(dòng)。在此操作期間，針1與虛線所示的所記憶的取向1m相比可以是彎曲的。

然而，如圖2的右側(cè)部分所示，處理器計(jì)算針1在所記憶的針的位置和取向1m上的投影，并且使用此投影來(lái)計(jì)算針尖21沿此所記憶的取向1m的位置。然后，與針的止動(dòng)件110對(duì)應(yīng)的點(diǎn)能被投影到所記憶的取向1m上，并且針的總長(zhǎng)度用于由投影點(diǎn)計(jì)算針尖21的位置。

處理器也能夠計(jì)算曲線，該曲線連接該針在針導(dǎo)向件2靠近皮膚s時(shí)的位置與該針1在針導(dǎo)向件2與針的頂部110接觸時(shí)的位置。處理器例如通過(guò)使用眾所周知的樣條模型，使用這些位置的取向來(lái)計(jì)算所述曲線。然后，計(jì)算從第一位置到第二位置的曲線距離，并用該曲線距離與總的針長(zhǎng)度相減。所得的長(zhǎng)度用于由第一位置計(jì)算針尖在所記憶的取向1m上的位置。

處理器與用戶界面偶聯(lián)，使得在圖像i中顯示在所記憶的針的取向1m上的針尖10。

當(dāng)針的曲率受到限制時(shí)，即，當(dāng)針的所記憶的取向和位置與在針導(dǎo)向件接觸針止動(dòng)件時(shí)針的取向和位置之間的距離小于給定閾值時(shí)，能夠完成曲線距離的這種投影或計(jì)算。所述閾值能夠是固定值，諸如五毫米或十毫米；或者，考慮到未插入的且經(jīng)受彎曲的針長(zhǎng)度，所述閾值能夠是可變值。

考慮到針導(dǎo)向件在它靠近患者皮膚時(shí)和在它與針止動(dòng)件接觸時(shí)的定位數(shù)據(jù)，能夠由處理器計(jì)算此距離。

圖3a示出了所記憶的針的位置和取向m1與針的實(shí)際取向之間的距離d高于所述給定閾值的情況。在這種情況下，該系統(tǒng)例如通過(guò)使顯示的針尖消失或通過(guò)向用戶發(fā)送標(biāo)志、聲音或消息，告知用戶所顯示的代表針尖的點(diǎn)不精確。

圖3b示出了針具有拐點(diǎn)f的情況。在這種情況下，實(shí)際針在所記憶的位置和取向上的投影不夠精確。因此，該系統(tǒng)例如通過(guò)使顯示的針尖消失或通過(guò)向用戶發(fā)送標(biāo)志、聲音或消息，告知用戶所顯示的代表針尖的點(diǎn)不精確。

根據(jù)用戶的選擇和能力，上述方法能夠以許多不同的方式進(jìn)行使用。例如，一旦針已經(jīng)足以插入患者體內(nèi)，通過(guò)使用上述方法，用戶可能想不斷地對(duì)針尖可視化，而不僅僅對(duì)固定插入可視化。因此，用戶能夠滑動(dòng)導(dǎo)向件直到它觸及針的止動(dòng)件，然后相對(duì)于針將導(dǎo)向件保持在這個(gè)位置，然后用戶能夠推動(dòng)針并實(shí)時(shí)查看在圖像上行進(jìn)的針尖。為了在精確位置處停止針的穿透，該過(guò)程在針接近靶標(biāo)時(shí)可能是有用的。

在另一實(shí)施例中，用戶能夠使用如上所述的方法：首先，使導(dǎo)向件靠近皮膚，以對(duì)導(dǎo)向件進(jìn)行導(dǎo)航并且獲得靶標(biāo)方向的最佳精度，從而部分地插入針；其次，沿針滑動(dòng)導(dǎo)向件直到觸及止動(dòng)件，以使針尖所在的位置可視化，腦中記憶或使用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器和顯示器記憶這個(gè)尖端的位置，或者簡(jiǎn)單地記錄他還有幾毫米插入該針，然后用戶能夠滑動(dòng)回針導(dǎo)向件以靠近皮膚，進(jìn)一步推動(dòng)導(dǎo)向件中的針以便從導(dǎo)航在方向上的最佳精度中受益，然后他能夠再次向后推動(dòng)導(dǎo)向件以接觸針止動(dòng)件，檢查針尖位置，并根據(jù)需要迭代多次。

為了確保顯示的針尖位置精確，在進(jìn)行本發(fā)明之前校準(zhǔn)針長(zhǎng)度。

圖5示出了離線地或在線地校準(zhǔn)針長(zhǎng)度的不同方式。

在該圖的上側(cè)部分中，導(dǎo)航后的針導(dǎo)向件2用于校準(zhǔn)針長(zhǎng)度：為此，針導(dǎo)向件2被連續(xù)地定位到：

-導(dǎo)向件尖端21處于與針尖10相同水平的位置，和

-導(dǎo)向件的后表面22與止動(dòng)件110接觸的位置。

通過(guò)使用導(dǎo)向件的已知幾何形狀，在所述兩個(gè)位置處獲得的定位數(shù)據(jù)能夠分別確定第一點(diǎn)和第二點(diǎn)，該第一點(diǎn)是在第一位置中的導(dǎo)向件的尖端，而該第二點(diǎn)是處于第二位置中的導(dǎo)向件的后表面的水平。因此，針等于第一點(diǎn)與第二點(diǎn)之間的距離。在這個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程中，針必須相對(duì)于跟蹤系統(tǒng)保持靜止。

在該圖的中間部分中，針長(zhǎng)度被標(biāo)尺3測(cè)量為尖端10與止動(dòng)件110之間的距離。

在該圖的下側(cè)部分中，通過(guò)用跟蹤系統(tǒng)跟蹤的指針4連續(xù)指示尖端10和止動(dòng)件110來(lái)確定針長(zhǎng)度。在指針的上述兩個(gè)位置處獲得的定位數(shù)據(jù)能夠確定尖端10與止動(dòng)件110之間的長(zhǎng)度。

當(dāng)然，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以使用校準(zhǔn)針長(zhǎng)度的任何其它方式。

一旦針長(zhǎng)度已被校準(zhǔn)，則它能夠與它的其它特征和首選名稱一起存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，該首選名稱是由用戶給出的或者僅報(bào)告制造商名稱和參考值。